一種動葉可調軸流式風機變頻節能系統的節能優化控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及機電結合節能調速領域，特別是涉及一種動葉可調軸流式風機變頻節 能系統的節能優化控制方法。
【背景技術】
[0002] 目前國內的大多數高耗能企業(如火力發電行業、化工行業、大型鋼鐵行業等）普 及使用動葉可調軸流式風機，尤其以火力發電行業為主，新建或者在用火力發電燃煤機組 的鍋爐配套風機系統大多數采用的是動葉可調軸流式風機(如動葉可調軸流式風機FAF系 列、SAF系列等)，其主要通過改變動葉可調軸流式風機動葉安裝角的開度來實現對動葉可 調軸流式風機的輸出風量、風壓的控制及改變以適應火電燃煤機組發電負荷調整、變化的 需要。從目前國內在役火電燃煤機組鍋爐配套動葉可調軸流式風機的實際運行情況及火力 發電廠設計技術規范兩個層面來看，一般在對鍋爐配套風機容量進行設計時，從發電機組 運行的安全性考慮出發，單側風機運行時，需具備帶75%負荷運行的能力，這樣一來，當雙 側風機同時運行，即便機組帶到額定負荷，實現滿負荷發電時，其動葉可調軸流式風機的設 計余量一般在20°/『30%左右(若遇當地煤質情況較差或其他原因將會導致風機的設計余量 更大)，那么動葉可調軸流式風機的動葉安裝角的整體開度一般處于在30°/『100%這個區間 內，但是主要以集中在50%~60%范圍內居多；由此可見鍋爐配套動葉可調軸流式風機并未 處于其風機設計之初的最佳經濟運行工作點運行。在用火力發電機組運行中，由于電網負 荷的需要，火力發電機組往往是需要根據電網公司的要求機組實現調峰運行，從動葉可調 軸流式風機的流量-壓力曲線及效率曲線上可以得出，當負荷降低時對應風機的效率將會 出現下降。機組負荷率經常處于50°/『75%之間（甚至更低)，這樣使得絕大多數鍋爐配套軸 流式風機更加偏離其設計的最佳經濟運行工作點運行。
[0003] 基于以上兩種情況，可以得出目前在大多數火力發電廠中，其配套的動葉可調軸 流式風機的運行方式是不經濟的，而且對其實施變頻改造實現節能降耗是可行的，其潛在 的節電空間一般在20%甚至更高。
【發明內容】
[0004] 本發明所要解決的技術問題是提供一種動葉可調軸流式風機變頻節能系統的節 能優化控制方法，通過該方法可對現有動葉可調軸流式風機的變頻改造進行準確、有效的 節能診斷評估，并在后期風機實現變頻調速運行時，保證動葉可調軸流式風機在整個運行 區間內始終處于最高或者較高效率點工作， 為解決以上技術問題，本發明采用了以下技術方案： 一種動葉可調軸流式風機變頻節能系統的節能優化控制方法，所述系統包括電源斷路 器、變頻器、電動機、DCS系統以及動葉可調軸流式風機，變頻器兩端分別與電源斷路器、電 動機相連，電動機與動葉可調軸流式風機相連，DCS系統分別與變頻器、動葉可調軸流式風 機相連，所述節能優化控制方法的步驟依次包括： 所述系統的節能評估計算方法，用于所述風機在實施變頻改造前的節能評估，得到評 估結果及控制計算依據，其步驟如下： a) 采集不同負荷工作點下風機實際運行參數以及獲取風機廠家提供的風機在工頻定 速運行的不同動葉安裝角開度對應的流量-壓力特性曲線及效率曲線圖； b) 根據采集的風機工頻運行在各個負荷工作點下對應的運行參數，確定風機變頻調速 運行時對應的動葉安裝角的開度值及該開度值所對應的流量-壓力特性曲線； c) 根據現場風機實際運行的不同負荷工作點，在已確定的壓力-流量特性曲線上取若 干點，將這些點對應的壓力值、流量值、及效率值作為風機變頻調速運行在額定轉速時對應 的初始數值；即通過步驟b)選取的動葉安裝角開度值結合步驟a)中的曲線圖，確定該動葉 安裝角開度所對應的流量-壓力特性曲線，將該曲線作為風機在實現變頻調速運行在額定 轉速時對應的壓力-流量特性曲線；根據現場實際情況，在該曲線上選取若干點，并標注及 記錄這些點所對應的流量值、壓力值以及效率值，且將這些點對應的流量值、壓力值以及效 率值作為風機變頻調速運行在額定轉速下的初始數據； d) 在0~額定轉速內選取風機在不同負荷工作點下所對應的轉速值； e) 利用步驟c)得到的初始數值以及步驟d)得到的轉速值計算風機在步驟b)確定的 動葉安裝角開度下，風機實現變頻調速運行下，不同轉速所對應的流量值、壓力值及得到對 應的效率值；并利用曲線生成軟件或工具得到對應的流量-壓力特性曲線及效率曲線圖； 所述曲線生成軟件或工具包括MATLAB、Excel、Abstract Curve等，且采用上述曲線生成軟 件或工具得到相關曲線屬于本領域的現有技術； f) 比較風機工頻實際運行負荷工作點和步驟e)得到的流量-壓力特性曲線及效率曲 線圖的關系，判斷風機是否可實施變頻改造；如可實施改造，則計算出每個負荷工作點下風 機運行的轉速值； 所述系統的節能優化控制方法，利用所述系統的節能評估計算方法提供的評估結果及 控制計算依據，實現優化運行參數組合的設置和自動切換，其步驟如下： g) 分別設置變頻器搜索頻率范圍區間、風機動葉安裝角開度搜索范圍區間； h) 變頻器與DCS系統一起協調完成風機在頻率及動葉安裝角開度設置區間內，不同工 作負荷點下對應風機的轉速值及動葉安裝角開度值搜索過程，變頻器自動計算及存儲多組 風機轉速值及動葉安裝角開度值組合； i) 根據計算及存儲的多組風機轉速值及動葉安裝角開度值組合，DCS系統和變頻器根 據用戶負荷指令自動選擇最優動葉安裝角開度值、風機轉速值組合，當負荷指令發生變化 后，動葉安裝角開度值、風機轉速值組合自動進行切換。
[0005] 所述風機運行參數包括流量、壓力、效率、介質密度、介質溫度、發電負荷、運行電 壓及運行電流。
[0006] 進一步的，所述步驟b) 即：根據采集的實際運行參數將不同負荷的流量值和壓力 值所對應的負荷工作點標注在步驟a)獲取的曲線圖中，根據實際最大運行負荷的流量值和 壓力值確定所對應的動葉安裝角的開度值，以及在該動葉安裝角開度值所對應的最大流量 值，選取大于或等于該動葉安裝角的開度值作為所述風機在變頻調速運行時的動葉安裝角 開度值；并通過選取的動葉安裝角開度值結合步驟a)獲取的曲線圖，確定該動葉安裝角開 度所對應的流量-壓力特性曲線。
[0007] 進一步的，所述步驟d)中轉速值的選取方式為：以該風機的額定轉速為初始轉 速，對該額定轉速進行A等分，分別計算出各個轉速的數值：
其中，為對應的風機轉速值，n 為對應的風機額定轉速值，A為等分值，A值 的取值取決于風機實際運行負荷的個數。
[0008] 進一步的，所述步驟e)中，根據下式分別計算出A等分額定轉速下，不同轉速值對 應的輸出的流量值、壓力值，
其中 :額定轉速下對應的流量， H額定:額定轉速下對應的壓力， :額定轉速， i...h :對應的該轉速下對應的流量值， %* :對應的該轉速下對應的壓力值， n_ 對應的風機轉速值。
[0009] 進一步的，步驟f)即：將步驟b)獲取的當風機在工頻定速運行時，不同負荷工作 點的風機流量值和壓力值，標注在通過步驟e)所獲得的曲線圖中，當不同負荷工作點落在 步驟e)所獲得的曲線圖內部，則說明找到了合適的所述風機的動葉安裝角的開度值及風機 的運行轉速值，若沒有落在步驟e)所獲得的曲線圖內部，則重復步驟a)_f)，直至找到合適 的所述風機的動葉安裝角的開度值及風機的運行轉速值； 從上述變頻調速運行下的壓力-流量特性曲線及效率曲線中讀出不同負荷工作點對 應的流量值和壓力值，所述不同負荷工作點的轉速值分別由下式計算： Nb=(Na*Qb)/Qa Nb為變頻調速下不同負荷工作點的轉速值， Na為變頻調速不同負荷工作點對應的額定轉速， Qb為變頻調速下不同負荷工作點的流量值， Qa為變頻調速不同負荷工作點對應的額定流量。
[0010] 進一步的，所述步驟g)即：將步驟f)所述風機變頻調速運行在不同負荷工作點對 應的動葉安裝角開度值以及轉速值對應的頻率值作為基準值，分別以此基準值在風機動葉 安裝角0-100%開度范圍內及〇-額定轉速對應頻率范圍內設置動葉安裝角開度